刷式密封迟滞特性的数值研究

采用非线性接触模型对刷式密封的迟滞特性及其影响因素进行了研究.采用点-面接触、梁-梁相交接触和梁-梁平行接触模拟了刷式密封中刷丝端部与转子表面接触、刷丝与背板边缘接触以及刷丝之间的接触,建立了刷式密封的非线性接触模型,并通过试验研究的刷式密封迟滞特性的数据验证了所建立模型的有效性.研究分析了刷丝径向刚度一定时,刷丝直径、刷丝长度和刷丝角度对刷式密封迟滞特性的影响规律,结果表明,刷丝端部压力计算值与理论值的比值可以更好地评定刷式密封迟滞特性的强弱.当刷丝直径保持不变时,随着刷丝角度的增加和刷丝长度的减小,刷式密封的迟滞特性越来越弱;当刷丝长度一定时,随着刷丝角度和刷丝直径的增加,刷丝的迟滞特性越来越弱;当刷丝角度一定时,不同刷丝直径和刷丝长度的刷式密封表现出相近的迟滞特性;当刷丝径向刚度一定时,刷式密封的迟滞特性强弱主要由刷丝角度决定.     

刷式密封传热特性研究

采用求解Non-Darcian多孔介质模型的完全雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和能量方程的方法,在考虑刷丝束内部空隙、安装角和转轴旋转效应下,数值研究了刷式密封的几何结构参数,即刷丝束厚度、干涉量,以及刷式密封的运行工况参数,即转速和压差等,对单级刷式密封传热特性的影响规律,刷丝束多孔介质的内部阻力系数是利用Eugrn方程推导并经过实验数据校准确定的.研究结果表明:刷丝束厚度内的温度沿轴向近似均匀分布,刷丝束围栏高度区域内的温度沿径向呈指数迅速下降;随着压差的增大,温度下降更加集中在刷丝束围栏高度区域内;随着热流量增加,最高温度呈指数迅速升高;随着刷丝束厚度增加,泄漏量减少,最高温度升高;随着转速提高和刷丝束与转轴间的干涉量增大,最高温度升高.     

考虑刷丝变形的后夹板结构对刷式密封泄漏和传热特性影响的研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的三维RANS方程耦合有限元分析接触模型的数值方法,建立了考虑泄漏流气动力、刷丝间摩擦力以及刷丝与前后夹板间相互作用的刷丝变形预测模型,并对比分析了3种后夹板结构对刷式密封泄漏特性、力学特性和传热特性的影响。所建模型可为刷式密封刚化效应、摩擦热效应的研究以及先进刷式密封的设计提供一定的技术支撑。数值计算得到的刷式密封泄漏量与实验测量数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。研究结果表明:相比于典型后夹板结构的刷式密封,后夹板环形槽结构对泄漏量及压力分布影响较小;刷丝束所受到的轴向气动力随着压比的增大近似呈线性增大;后夹板环形槽增加了下游刷丝束的压力,减小了刷丝轴向变形量,可有效防止刷丝发生刚化效应,降低泄漏气流对刷丝束造成的扰动;刷式密封高温区出现在刷丝束与转子表面接触处,后夹板环形槽结构可有效改善刷丝束与转子内部的温度分布。     

刷式密封流场和温度场的3维数值计算

该文建立了一种刷式密封的3维模型,结合ANSYS系列商用软件,利用计算流体动力学(CFD)方法计算了刷式密封的流场和温度场。研究了刷丝排数对泄漏量的影响,对刷丝排数为14排,厚0.93mm的刷式密封进行了流场和温度场计算,重点研究了刷丝间隙中的流动和刷丝及刷丝间隙中温度分布的细节及规律,讨论了不同工况参数及压差、干涉量、线速度对最高温度的影响。结果表明:随着刷丝排数的增加,泄漏量先呈指数下降,后呈趋缓的线性下降,最后基本趋于稳定。干涉量和线速度对最高温度的影响更为明显。     

无轴承无刷直流电机悬浮力新型控制策略

为了克服传统无轴承无刷直流电机悬浮力控制方法所引起的转子径向悬浮力小、控制悬浮力绕组的逆变器需通断次数多、控制系统复杂等缺点,在阐述无轴承无刷直流电机结构及悬浮力产生原理的基础之上,提出了一种悬浮力新型控制策略,即采用悬浮力绕组三相同时导通的控制策略来实现转子稳定悬浮.为验证该新型控制策略的有效性,运用有限元分析方法进行分析计算.并运用Matlab/Simulink对控制系统进行仿真试验.结果表明,在电机尺寸以及悬浮力绕组电流相同的条件下,转子受到的径向悬浮力较传统控制方法提高了35%;该控制系统不仅能够实现转子稳定悬浮,而且具有良好的动静态性能.     

迷宫密封齿型对密封流场与泄漏量的影响

应用Fluent软件计算迷宫密封斜齿角度和三角齿型对迷宫密封流场和泄漏量的影响.计算结果与分析表明,迷宫密封齿型对密封不可压缩流体流场和泄漏量有一定的影响,随着密封齿倾斜角度α由小增大,泄漏量由大到小再增大,当α向着来流方向倾斜50°时,泄漏量最小;随着三角齿根角度β的增加,泄漏量由大到小再增加,当β为105°时,泄漏量最小.     

基于2维叉排管束模型的刷式密封介质流动计算

为了计算刷式密封的介质流动,建立了刷丝束截面的2维紧凑叉排管束模型,并利用计算流体动力学(CFD)方法求解。研究了刷丝束截面泄漏流的压力和流速分布及压差、刷丝轴向排数和管距对泄漏特性的影响。结果表明:基于周向1排与周向6排刷丝的模型所计算的压力和流速基本吻合,各数据点的误差均小于3%,所计算的压力梯度结果与转子表面压力测量结果基本吻合。0.2MPa下,最下游刷丝的压降和最高流速增量分别大约是上游刷丝的6倍和8倍。压差增加会加剧最下游刷丝间隙处的压降和流速增量。出口平均轴向流速随着压差的增大而呈线性增长,随着刷丝轴向排数的增大而呈自然对数下降。减小刷丝管距可以在常见的压差和刷丝排数范围内显著提高密封效果。     

两级刷式密封泄漏特性的实验与数值研究

基于刷式密封的泄漏量实验测试平台和Non-Dareian多孔介质方法的泄漏流动数值模型,详细研究了密封间隙、压比和转速对两级刷式密封泄漏流动特性的影响规律,分析了两级刷式密封的泄漏流动形态以及刷丝束表面的压力分布规律.结果表明:在相同的间隙和转速下,两级刷式密封的泄漏量随着压比的增加而增大;在相同的转速和压比下,两级刷式密封的泄漏量随着间隙的增加而增大;在相同的压比和间隙下,两级刷式密封的泄漏量随着转速的增加而减小.转子高速旋转时产生的离心伸长效应使密封间隙减小,因此数值计算时考虑转子的离心伸长效应对密封间隙的影响可以更加准确地预测两级刷式密封的泄漏量.     

错位安装对多联组配轴承转子系统动力学特性的影响

针对多联组配轴承在安装过程中出现错位时,错位是否影响转子系统稳定运行的问题,建立了柔性转子系统的有限元模型,推导了错位安装的轴承非线性力的公式,采用数值积分的方法分析了错位安装对转子系统的非线性动力学特性的影响.通过与正常安装转子系统的对比发现,错位安装是影响多联组转子系统稳定性的重要因素之一.当错位量一定时,可较大地减小系统失稳区域的宽度,当错位在x方向时,可使x方向的振幅随错位量的增大而减小,但错位在y向的振幅变化幅度不大.研究表明,适当的错位有助于改善转子系统运行的稳定性.     

凸轮泵内部瞬态流场的动网格数值解析

根据凸轮泵啮合特性建立了渐开线方程,当型线方程的压力角介于40°~50°时,共轭转子相对运动时不产生干涉效应.为了阐明压力角对转子型线方程和几何参数的影响,基于FLUENT动网格模型和局部网格重构的网格变形技术,应用RNG k-ε湍流模型及PISO算法对凸轮泵内部流场进行数值解析.通过定量监测排出端流量波动和吸入端压力脉动,获得不同压力角和不同工况下,流量波动和压力脉动的瞬态特性.结果表明:凸轮泵排出端流量和吸入端压力呈周期性变化,当转子压力角逐渐增大时,二者有减小的趋势;转速是影响流量波动和压力脉动的主要因素,随着转速升高,排出端流量和吸入端压力提升明显,脉动现象明显;当转速升高到一定程度后,排出端速度与吸入端压力的脉动值增加较少.